Kondensatoren Können elektrische Doppelschichtkondensatoren Akkus ersetzen?

Autor / Redakteur: Christian Kasper * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Wenn man eine Stromversorgung von Akkus auf EDLCs umstellen möchte, ist dies als 1:1-Austausch nicht immer sinnvoll. Trotzdem lassen sich viele Applikationen mit Hilfe von Supercaps optimieren.

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Ein Akkuschrauber: Typischerweise mit Lithium-Ionen-Akkus betrieben; eine Hybridlösung mit elektrischen Doppelschichtkondensatoren bietet jedoch deutliche Vorteile.
Ein Akkuschrauber: Typischerweise mit Lithium-Ionen-Akkus betrieben; eine Hybridlösung mit elektrischen Doppelschichtkondensatoren bietet jedoch deutliche Vorteile.
(Bild: © nikkytok/Fotolia.com)

Mit zunehmender Popularität der Supercaps (Superkondensatoren, Electric Double-Layer Capacitor (EDLC)) kommt auch vermehrt der Wunsch auf, die Stromversorgung verschiedener Applikationen von Akkus auf EDLCs umzustellen. Dies ist als 1:1-Austausch jedoch nicht immer sinnvoll. Trotzdem lassen sich viele Applikationen mit Hilfe von Supercaps optimieren.

Akkus und Supercaps basieren auf völlig unterschiedlichen Arten der Energiespeicherung. Betrachtet man diese genauer, wird deutlich, warum sie sich nicht einfach austauschen lassen:

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Der Akku – ein elektro­chemischer Speicher

Ein Akku stellt praktisch eine Spannungsquelle dar. Die Spannungslage bleibt beim Entladen über einen weiten Bereich sehr stabil und fällt erst am Entladeende stark ab (Bild 1). Die elektrische Energie wird beim Ladevorgang in chemische Energie umgewandelt und so gespeichert, beim Entladen wird sie wieder als elektrische Energie freigesetzt. Die gespeicherte Energie berechnet sich über die Formel: Energie (Ws) = (Kapazität (Ah) / 3600s) x Nominalspannung (V). Je nach Akkutechnologie erreicht dieses Prinzip einen Wirkungsgrad von ca. 50 bis 90%.

Gegenüber den Kondensatoren haben Akkus den Vorteil eines deutlich höheren Energiegehalts. Ihre Nachteile sind die Empfindlichkeit gegenüber hohen Stromspitzen, die den Akku dauerhaft schädigen, sowie der auf ca. 0 bis 45°C begrenzte Arbeitstemperaturbereich. Werte über oder unter diesen Grenzen führen aufgrund der chemischen Zusammensetzung des Akkus zu einer verkürzten Lebensdauer.

Der Kondensator – ein elektrostatischer Speicher

Da Kondensatoren die Energie in elektrostatischer Form speichern und der Spannungsrückgang bei Stromentnahme nahezu linear verläuft (Bild 1), gelten sie als strombasierte Energiequelle.

Sie erzielen einen Wirkungsgrad von rund 98% und arbeiten ohne Schädigungen in einem Temperaturfenster von -40 bis 65°C; bei niedrigen Temperaturen steigt ihre Kapazität sogar noch leicht an. Durch den ESR im Milliohm-Bereich sind Stromspitzen von mehreren Hundert bis Tausend Ampere möglich. Ihre Achillesferse ist ihr deutlich geringerer Energiegehalt im Vergleich zum Akku. Berechnet wird der Energiegehalt mit der Formel: Ws = 0,5 x Kapazität (C) x Spannungshub (∆V²).

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